本發(fā)明涉及太能輻射熱能利用領(lǐng)域，具體涉及一種直膨式熱泵裝置以及集熱液體的流程控制方法。

背景技術(shù)：

目前太陽能集熱器內(nèi)的集熱液體靠自然對(duì)流或泵流動(dòng)。集熱溫度和流量被動(dòng)調(diào)節(jié)，無法根據(jù)實(shí)際需要?jiǎng)討B(tài)通過調(diào)整運(yùn)行狀態(tài)(集熱溫度和流量)以適應(yīng)天氣及使用需求的變化；而且太陽能集熱器通常采用平板結(jié)構(gòu)的吸熱面來吸收太陽能，且吸熱面的溫度普遍比吸熱管溫度高，形成了一個(gè)高溫輻射面和漏熱面，影響集熱效率。

目前對(duì)于太陽能集熱器的改進(jìn)，主要是針對(duì)集熱器的集熱溫度進(jìn)行。如在真空管集熱器內(nèi)插入金屬管以改變流體流程，或者在平板集熱器的集熱管內(nèi)進(jìn)行部分集熱流程的串聯(lián)布置等。但是對(duì)太陽能集熱器的優(yōu)化十分有限，如何從根本上改變集熱器的集熱量以及提高集熱器的利用率，使集熱器能根據(jù)使用需求自動(dòng)調(diào)整集熱液體流程高效運(yùn)行，是尚待進(jìn)一步優(yōu)化的問題。

結(jié)合太陽能集熱器形成直膨式熱泵進(jìn)行供熱的應(yīng)用非常廣泛。但是目前太陽能集熱器內(nèi)的集熱液體主要靠自然對(duì)流或泵流動(dòng)，集熱水平受太陽輻射影響大，因此集熱溫度和集熱量的波動(dòng)較大，無法根據(jù)直膨式熱泵裝置的實(shí)際供熱需求動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

技術(shù)問題

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是，如何根據(jù)直膨式熱泵裝置的供熱需求而調(diào)整集熱液體的集熱溫度和集熱量。

解決方案

有鑒于此，本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例提供了一種直膨式熱泵裝置，該直膨式熱泵裝置包括：

熱泵循環(huán)支路，其包括第一支路和第二之路；

其中，所述第一支路包括依次相連的壓縮機(jī)和冷凝器；

其中，所述第二支路包括換熱器；

其中，且所述冷凝器和所述換熱器均置于盛放供熱流體的蓄熱水箱內(nèi)；

以及太陽能集熱器，其包括殼體以及置于所述殼體內(nèi)的集熱部；

其中，所述集熱部包括進(jìn)液分液管、出液集液管以及置于二者之間的、若干個(gè)并列的集熱單元；

其中，每個(gè)所述集熱單元包括復(fù)合拋物聚光器以及跨列式置于所述復(fù)合拋物聚光器上的毛細(xì)管吸熱器，所述毛細(xì)管吸熱器內(nèi)的集熱液體吸收由所述復(fù)合拋物聚光器反射的太能輻射能，所述集熱液體在所述進(jìn)液分液管、所述出液集液管和至少一部分所述毛細(xì)管吸熱器之間形成流動(dòng)路徑；且在具有物理意義的前提下，能夠通過可調(diào)整的方式接入所述流動(dòng)路徑的所述毛細(xì)管吸熱器的個(gè)數(shù)；

通過將所述第一支路和所述第二支路分別并入所述進(jìn)液分液管和所述出液集液管之間，能夠形成有第一供熱循環(huán)和第二供熱循環(huán)。

對(duì)于上述直膨式熱泵裝置，在一種可能的實(shí)現(xiàn)方式中，所述進(jìn)液分液管和所述出液集液管上分布有若干個(gè)電動(dòng)閥門，通過調(diào)整各個(gè)所述電動(dòng)閥門的開關(guān)狀態(tài)，處于開狀態(tài)的電動(dòng)閥門使得集熱液體在所述進(jìn)液分液管、所述出液集液管和所述毛細(xì)管吸熱器之間形成可調(diào)整的、多級(jí)毛細(xì)管吸熱器吸熱的流動(dòng)路徑；其中，以進(jìn)液分液管上游到下游的方向?yàn)槊?xì)管吸熱器的吸熱級(jí)數(shù)遞增的方向，則級(jí)數(shù)較高的高溫級(jí)的毛細(xì)管吸熱器的吸熱面積≥處于級(jí)數(shù)較低的低溫級(jí)的毛細(xì)管吸熱器的吸熱面積。

對(duì)于上述直膨式熱泵裝置，在一種可能的實(shí)現(xiàn)方式中，還包括控制部，其與各個(gè)電動(dòng)閥門均為電連接，用于調(diào)整各個(gè)所述電動(dòng)閥門的開關(guān)狀態(tài)；對(duì)于經(jīng)所述控制部調(diào)整各個(gè)所述電動(dòng)閥門的開關(guān)狀態(tài)形成的流動(dòng)路徑而言，在毛細(xì)管吸熱器的吸熱級(jí)數(shù)遞增的方向上，當(dāng)毛細(xì)管吸熱器的總吸熱級(jí)數(shù)為奇數(shù)時(shí)，設(shè)于所述進(jìn)液分液管上的最下游的電動(dòng)閥門應(yīng)當(dāng)關(guān)閉，設(shè)于所述出液集液管上的最下游的電動(dòng)閥門應(yīng)當(dāng)打開；當(dāng)毛細(xì)管吸熱器的吸熱級(jí)數(shù)為偶數(shù)時(shí)，反之。

對(duì)于上述直膨式熱泵裝置，在一種可能的實(shí)現(xiàn)方式中，所述進(jìn)液分液管上還設(shè)有調(diào)節(jié)流量控制閥，通過調(diào)整所述調(diào)節(jié)流量控制閥的開度來調(diào)整集熱液體在所述流動(dòng)路徑中的流量。

對(duì)于上述直膨式熱泵裝置，在一種可能的實(shí)現(xiàn)方式中，所述太陽能集熱器還包括傳感器組，其包括：第一傳感器組，其設(shè)于所述進(jìn)液分液管的上游，用于檢測集熱液體在進(jìn)口處的特征參數(shù)；第二傳感器組，其設(shè)于所述出液集液管的下游，用于檢測集熱液體在出口處的特征參數(shù)；第三傳感器組，其設(shè)于所述太陽能集熱器所處的環(huán)境中，用于檢測環(huán)境參數(shù)；以及供熱溫度傳感器，其設(shè)于所述蓄熱水箱的供熱出口處，用于檢測該供熱出口處的供熱溫度；上述(第一、第二、第三)傳感器組以及供熱溫度傳感器分別與所述控制部電連接，用于向所述控制部提供用于調(diào)整各個(gè)所述電動(dòng)閥門的開關(guān)狀態(tài)的基準(zhǔn)參數(shù)。

優(yōu)選地，以所述毛細(xì)吸熱器的軸向方向?yàn)殚L度方向，所述復(fù)合拋物聚光器與所述毛細(xì)吸熱器在該長度方向的尺寸相適應(yīng)，且所述復(fù)合拋物聚光器的截取比的范圍為0～4/5。優(yōu)選地，所述毛細(xì)管吸熱器沿長度方向置于所述復(fù)合拋物聚光器的焦點(diǎn)圓上，且所述毛細(xì)管吸熱器的管徑≤4mm。

對(duì)于上述直膨式熱泵裝置，在一種可能的實(shí)現(xiàn)方式中，將所述兩路及以上的所述毛細(xì)管吸熱器并聯(lián)形成毛細(xì)管組，所述毛細(xì)管組的兩側(cè)分別通過二級(jí)分液器與所述進(jìn)液分液管和所述出液集液管連通。

本發(fā)明的還提供了一種集熱液體的流程控制方法，該流程控制方法包括：控制部采集太陽能集熱器的參數(shù)以及運(yùn)行數(shù)據(jù)，還采集蓄熱水箱的供熱出口處的供熱溫度；控制部基于所述參數(shù)、所述運(yùn)行數(shù)據(jù)以及所述供熱溫度，對(duì)選定的當(dāng)前供熱模式下對(duì)應(yīng)的太陽能集熱器的目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行優(yōu)化；控制部獲取目標(biāo)函數(shù)為最優(yōu)值時(shí)對(duì)應(yīng)的設(shè)于太陽能集熱器的進(jìn)液分液管和出液集液管上的各個(gè)電動(dòng)閥門的目標(biāo)開關(guān)狀態(tài)；其中，所述最優(yōu)值為給定溫度和流量下的最小泵功；控制部將電動(dòng)閥門的開關(guān)狀態(tài)調(diào)整為目標(biāo)開關(guān)狀態(tài)，使得太陽能集熱器的集熱液體在進(jìn)液分液管、出液集液管、毛細(xì)管吸熱器和所述第一支路或者所述第二支路之間形成可調(diào)整的流動(dòng)路徑。

對(duì)于上述流程控制方法，在一種可能的實(shí)現(xiàn)方式中，該流程控制方法還包括：控制部顯示所述供熱溫度以及根據(jù)所述參數(shù)以及運(yùn)行數(shù)據(jù)得出的信息，包括：集熱液體的溫度、流量和壓差；當(dāng)前的環(huán)境參數(shù)；以及各個(gè)所述電動(dòng)閥門的當(dāng)前的開關(guān)狀態(tài)；存儲(chǔ)直膨式熱泵裝置的參數(shù)以及運(yùn)行數(shù)據(jù)，用于后續(xù)調(diào)出。

有益效果

本發(fā)明的直膨式熱泵裝置提高了熱泵裝置的穩(wěn)定性和效率，具體地，通過采用毛細(xì)管吸熱器與復(fù)合拋物聚光器組成的集熱單元改善了集熱效率，以及通過改變集熱液體的流動(dòng)路徑來調(diào)整集熱效率，進(jìn)而改善了太陽能集熱器的集熱溫度和集熱量，能夠動(dòng)態(tài)地適應(yīng)熱泵裝置的供熱需求。

附圖說明

當(dāng)結(jié)合附圖考慮時(shí)，能夠更完整更好地理解本發(fā)明。此處所說明的附圖用來提供對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步理解，實(shí)施例及其說明用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的不當(dāng)限定。

圖1示出本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的直膨式熱泵裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2示出本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的直膨式熱泵裝置的太陽能集熱器的剖視示意圖。

圖3示出本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的直膨式熱泵裝置中的太陽能集熱器的控制部的邏輯框圖；圖4-1示出本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的直膨式熱泵裝置中的太陽能集熱器的控制部的一種實(shí)施例的邏輯框圖；圖4-2示出本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的直膨式熱泵裝置中的太陽能集熱器的控制部的另一種實(shí)施例的邏輯框圖；圖5示出本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的直膨式熱泵裝置中的太陽能集熱器的控制部的一種優(yōu)化方式的邏輯框圖。

附圖標(biāo)記列表

1、進(jìn)液分液管 2、毛細(xì)管吸熱器 3、出液集液管 4、復(fù)合拋物聚光器 5、電動(dòng)閥門 61、第一溫度傳感器 62、第二溫度傳感器 63、第三溫度傳感器 64、供熱溫度傳感器 7、流量傳感器 81、第一壓差傳感器測點(diǎn) 82、第二壓差傳感器測點(diǎn) 9、流量控制閥 10、風(fēng)速傳感器 11、太陽輻射傳感器 12、壓縮機(jī) 13、冷凝器 14、節(jié)流閥 15、三通閥 16、工質(zhì)泵 17、蓄熱水箱 18、換熱器、19、信號(hào)線 20、底板 21、保溫層 22、框架 23、蓋板玻璃。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。

本發(fā)明的直膨式熱泵裝置屬于太陽能集熱器的一種應(yīng)用。具體地，通過太陽能集熱器(下文中簡稱為集熱器)作為熱泵裝置的蒸發(fā)器來加熱蓄熱水箱17內(nèi)的供熱流體(第一供熱循環(huán))，或者集熱器內(nèi)的集熱液體吸收太能輻射能之后直接加熱蓄熱水箱17內(nèi)的供熱流體(第一供熱循環(huán))。在第一供熱循環(huán)運(yùn)行的情況下，集熱液體可以為適用于直膨式熱泵循環(huán)的制冷劑，如R134a(1，1，1，2-四氟乙烷)、R32(二氟甲烷)等。本發(fā)明通過對(duì)集熱器的集熱性能進(jìn)行優(yōu)化來使得集熱器的集熱水平與直膨式熱泵裝置的運(yùn)行及供熱需求更加匹配。

實(shí)施例1

圖1示出本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的直膨式熱泵裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。主要通過集熱器內(nèi)的集熱液體所吸收的熱能用于加熱供熱流體。且通過調(diào)整集熱器的集熱效率，能夠滿足不同的供熱需求。

如圖1所示，該直膨式熱泵裝置主要包括：1)熱泵循環(huán)支路，其結(jié)構(gòu)主要包括并聯(lián)的兩個(gè)支路，其中第一支路主要包括依次相連的壓縮機(jī)12和冷凝器13，第二支路主要包括換熱器18，其中冷凝器13和換熱器18均置于蓄熱水箱17內(nèi)。以及2)集熱器，其結(jié)構(gòu)主要包括殼體以及置于殼體內(nèi)的集熱部；殼體主要用作集熱部的載體，以及保證陽光可以透過殼體的蓋板玻璃23照射至集熱部。集熱部主要包括進(jìn)液分液管1、出液集液管3以及置于二者之間的、若干個(gè)并列的集熱單元。將第一支路和第二支路的兩側(cè)分別通過三通閥15并入出液集液管3的下游和進(jìn)液分液管1的上游，即形成了第一供熱循環(huán)和第二供熱循環(huán)。作為一種優(yōu)選，在第一支路中，冷凝器13的下游設(shè)有節(jié)流閥14，在第二支路中，換熱器18的下游設(shè)有工質(zhì)泵16。

在一種可能的實(shí)施方式中，上述的第一供熱循環(huán)可以為：集熱器內(nèi)的集熱液體在在進(jìn)液分液管1、出液集液管3和至少一部分毛細(xì)管吸熱器2之間形成流動(dòng)路徑。流動(dòng)路徑內(nèi)的集熱液體吸熱氣化，然后經(jīng)出液集液管3下游的三通閥15進(jìn)入壓縮機(jī)12，使得吸熱氣化后的集熱液體變?yōu)楦邷馗邏旱臍怏w。該高溫高壓的氣體在冷凝器13內(nèi)放熱給蓄熱水箱17內(nèi)的供熱流體后，變?yōu)闉榈蜏馗邏旱囊后w。該低溫高壓的液體經(jīng)過節(jié)流閥14節(jié)流降壓之后，即可經(jīng)流量調(diào)節(jié)閥9進(jìn)入集熱器的進(jìn)液分液管1，在集熱部內(nèi)按照設(shè)定的流動(dòng)路徑吸收太陽輻射能再次吸熱氣化，之后經(jīng)出液集液管3下游的三通閥15再次流入換熱器18，如此循環(huán)。在這種情況下，集熱器整體是作為熱泵循環(huán)的蒸發(fā)器，為供熱流體提供熱源。

在一種可能的實(shí)施方式中，上述的第二供熱循環(huán)可以為：集熱器內(nèi)的集熱液體在進(jìn)液分液管1、出液集液管3和至少一部分毛細(xì)管吸熱器2之間形成流動(dòng)路徑。而換熱器18使流動(dòng)路徑形成閉環(huán)。經(jīng)出液集液管3下游的三通閥15流入換熱器18內(nèi)的集熱液體在加熱蓄熱水箱17內(nèi)的供熱流體之后經(jīng)工質(zhì)泵16泵入進(jìn)液分液管1的上游，在集熱部內(nèi)按照設(shè)定的流動(dòng)路徑吸收太陽輻射能，之后經(jīng)出液集液管3下游的三通閥15再次流入換熱器18，對(duì)蓄熱水箱17內(nèi)的供熱流體進(jìn)行加熱，如此循環(huán)。在這種情況下，集熱器內(nèi)的集熱液體直接加熱供熱流體。第二供熱循環(huán)主要適用于供熱量要求較高而太陽輻射較低的情況，此時(shí)需要通過運(yùn)行壓縮機(jī)來完成供熱循環(huán)。

且在具有物理意義的前提下，能夠通過可調(diào)整的方式接入流動(dòng)路徑的毛細(xì)管吸熱器2的個(gè)數(shù)；即通過一定的調(diào)整方式使得路徑可變，如可以最簡易的手動(dòng)調(diào)整或者控制部的優(yōu)化調(diào)整來實(shí)現(xiàn)路徑的改變。此外，通過將CPC4固定于底板18實(shí)現(xiàn)了相應(yīng)的集熱單元的固定。毛細(xì)管吸熱器2的兩端分別與進(jìn)液分液管1和出液集液管3相連通，換熱器14內(nèi)的集熱液體通過集熱器上游的集熱器入口經(jīng)進(jìn)液分液管1進(jìn)入毛細(xì)管吸熱器2，在毛細(xì)管吸熱器2內(nèi)吸收CPC4反射的熱量后，流至出液集液管3，并通過集熱器下游的集熱器出口流入換熱器14。

在一種可能的實(shí)施方式中，進(jìn)一步參照?qǐng)D1，每個(gè)集熱單元主要包括復(fù)合拋物聚光器4(CPC)以及跨列式置于CPC4上的毛細(xì)管吸熱器2，毛細(xì)管吸熱器2內(nèi)的集熱液體吸收由CPC4反射的太能輻射能之后，將吸收的熱能用于本發(fā)明的供熱。作為一種優(yōu)選，并列的集熱單元為均勻、平行的排布方式。

進(jìn)一步如圖2所示，殼體的結(jié)構(gòu)主要包括底板20、框架22、保溫層21以及蓋板玻璃23；其中：框架22的上表面覆蓋高透光的蓋板玻璃23，除上表面外的框架22的內(nèi)側(cè)均設(shè)有保溫層21；底板20設(shè)于框架22底部的保溫層21的上方。

作為一種優(yōu)選，為了保證吸熱結(jié)構(gòu)上的穩(wěn)定性以及熱轉(zhuǎn)換效率，將毛細(xì)管吸熱器2置于CPC4的焦點(diǎn)圓的位置上，此處的置于，絕非嚴(yán)格意義的置于，而是通過大致置于的位置關(guān)系達(dá)到集熱效率提高的效果即可，如可以解釋為相對(duì)于焦點(diǎn)圓的位置，偏差不超過一定數(shù)值即可(如0.5mm)。由于該位置處在整個(gè)CPC4的結(jié)構(gòu)范圍內(nèi)具有收集熱量最密集的優(yōu)點(diǎn)，因此有利于提高毛細(xì)管吸熱器2內(nèi)的集熱液體的集熱效率。

在一種可能的實(shí)施方式中，通過一定的調(diào)整方式使得路徑可變，如可以是，管路上分布有若干個(gè)電動(dòng)閥門5，通過調(diào)整各個(gè)電動(dòng)閥門5的開關(guān)狀態(tài)，使得作為吸熱介質(zhì)的集熱液體經(jīng)入液分液管1的上游端進(jìn)入集熱器之后，處于開狀態(tài)的電動(dòng)閥門使得集熱液體在進(jìn)液分液管1、出液集液管3和毛細(xì)管吸熱器2之間形成可調(diào)整的、多級(jí)毛細(xì)管吸熱器2吸熱的目標(biāo)流動(dòng)路徑。其中，以進(jìn)液分液管1上游到下游的方向?yàn)槊?xì)管吸熱器2的吸熱級(jí)數(shù)遞增的方向，則為了保證集熱具有實(shí)際的意義，級(jí)數(shù)較高的高溫級(jí)的毛細(xì)管吸熱器2的吸熱面積≥處于級(jí)數(shù)較低的低溫級(jí)的毛細(xì)管吸熱器2的吸熱面積。集熱液體沿該目標(biāo)流動(dòng)路徑流動(dòng)的過程中，僅進(jìn)入該目標(biāo)流動(dòng)路徑所包含的毛細(xì)管吸熱器2吸收由CPC4反射的太陽輻射的熱能之后，最后由出液集液管3的下游流出至相應(yīng)的收集裝置和/或應(yīng)用場合。如本發(fā)明中，通過集熱液體與蓄熱水箱17中的供熱流體之間的換熱，以實(shí)現(xiàn)目標(biāo)供熱。

通過調(diào)整設(shè)置于進(jìn)液分液管1和出液集液管3之間的若干個(gè)電動(dòng)閥門5的開關(guān)狀態(tài)，使得同一個(gè)集熱器可以根據(jù)實(shí)際情況具有不同的目標(biāo)流動(dòng)路徑，即不同的集熱強(qiáng)度。在一種可能的實(shí)施方式中，各個(gè)電動(dòng)閥門5的開關(guān)狀態(tài)可以相對(duì)獨(dú)立地調(diào)整，也可以將其中的一個(gè)以上作為一個(gè)整體，進(jìn)行聯(lián)動(dòng)調(diào)整。進(jìn)一步參照?qǐng)D1，在一種可能的實(shí)施方式中，電動(dòng)閥門5的安裝原則可以為：從集熱液體進(jìn)入進(jìn)液分液管1的上游開始，在進(jìn)液分液管1每次通過毛細(xì)管吸熱器2對(duì)集熱液體進(jìn)行分液后，在進(jìn)液分液管1的下游側(cè)的主管上安裝并入電動(dòng)閥門5，從并入第二路電動(dòng)閥門5起，在毛細(xì)管吸熱器2所連接的出液集液管3的相應(yīng)位置的下游側(cè)的主管上也安裝并入電動(dòng)閥門5。

當(dāng)然，前述的集熱器主要由多組小尺度的CPC4以及相應(yīng)的毛細(xì)管吸熱器2構(gòu)成的集熱單元并列而成。在一種可能的實(shí)施方式中，可以在毛細(xì)管吸熱管2的長度比較短且管數(shù)比較多時(shí)，可以將兩路或者兩路以上的毛細(xì)管吸熱器2并聯(lián)，形成功能相當(dāng)于之前單個(gè)毛細(xì)管吸熱器2的毛細(xì)管組，即以該毛細(xì)管組作為最基本的單元，在進(jìn)液分液管1和出液集液管3之間設(shè)有若干個(gè)這樣的毛細(xì)管組，不過，每個(gè)毛細(xì)管組中的各個(gè)毛細(xì)管吸熱器2需要通過二級(jí)分液器實(shí)現(xiàn)其與進(jìn)液分液管1和出液集液管3的連通。

可以看出，除了以單根的毛細(xì)管吸熱器2作為一個(gè)單獨(dú)的最基本單元之外，也可以將多路毛細(xì)管吸熱器2并聯(lián)形成功能相當(dāng)?shù)淖罨締卧Ｒ员氵M(jìn)一步提高集熱器的集熱效率。

此外，為了保證集熱部的結(jié)構(gòu)整體性，CPC4與毛細(xì)管吸熱器2在長度方向的尺寸應(yīng)當(dāng)相適應(yīng)，此處的相適應(yīng)，應(yīng)當(dāng)解釋為大致相同，此處的大致相同，如可以解釋為毛細(xì)管吸熱器2的長度可以略長，且長度差不超過某個(gè)臨界數(shù)值(如單側(cè)不超過2cm)。在一種可能的實(shí)施方式中，在CPC4的截取比范圍為0～4/5，且毛細(xì)管吸熱器2的外徑不大于4mm(優(yōu)選1～4mm，更優(yōu)選為2～4mm)的情形下，CPC4可以具有與常規(guī)的平板集熱器或者真空管集熱器相當(dāng)?shù)某叽?如高度≤50mm)，在CPC4與常規(guī)的集熱器的尺寸相當(dāng)?shù)那樾蜗?，其能夠產(chǎn)生較之于常規(guī)集熱器的至少2～5倍最高可達(dá)10倍的聚光比的效果，明顯提高了集熱效率。此外，CPC4可以利用3D打印等方式加工成型。

可以看出，本發(fā)明用CPC4取代了傳統(tǒng)的吸熱板，用毛細(xì)吸熱管2取代了傳統(tǒng)的熱管或常規(guī)吸熱管，CPC4的引入增加了毛細(xì)管吸熱器2的吸熱熱流密度，減少了散熱面積；由于毛細(xì)管吸熱管2可以將毛細(xì)管吸熱器2優(yōu)選地置于CPC4的大致焦點(diǎn)圓的位置處，因此充分利用了CPC4的聚光性能，使得集熱器內(nèi)部的毛細(xì)管吸熱管2內(nèi)的集熱液體的溫度可達(dá)到理論上的最高溫升，在高溫物體面積和漏熱量得以減少的前提下，提高了集熱器的集熱效率。

在一種可能的實(shí)施方式中，可以通過引入控制部，來實(shí)現(xiàn)對(duì)各個(gè)電動(dòng)閥門5的開關(guān)狀態(tài)的調(diào)整。進(jìn)一步參照?qǐng)D1，如果控制部得出的反饋結(jié)果是使得圖1中的七個(gè)電動(dòng)閥門5中的(1、3、5、7)(按照并入順序，五個(gè)電動(dòng)閥門5依次指的是1下右、2下中右、3下中左、4下左、5上右、6上中、7上左，其中電動(dòng)閥門(1、3、5、7)即指的是下右、下中左、上右、上左位置處的電動(dòng)閥門5)為打開狀態(tài)，則形成目標(biāo)流動(dòng)路徑(流程)如圖中的箭頭所示。不過，對(duì)于經(jīng)控制部調(diào)整各個(gè)電動(dòng)閥門5的開關(guān)狀態(tài)形成的流動(dòng)路徑而言，仍然是為了保證集熱具有實(shí)際意義，在毛細(xì)管吸熱器2的吸熱級(jí)數(shù)遞增的方向上，當(dāng)毛細(xì)管吸熱器2的吸熱級(jí)數(shù)為奇數(shù)時(shí)，設(shè)于進(jìn)液分液管1上的最下游的電動(dòng)閥門5應(yīng)當(dāng)關(guān)閉，而設(shè)于出液集液管3上的最下游的電動(dòng)閥門5應(yīng)當(dāng)打開；當(dāng)毛細(xì)管吸熱器2的吸熱級(jí)數(shù)為偶數(shù)時(shí)，則反之。

可以看出，通過改變各個(gè)電動(dòng)閥門5的開關(guān)狀態(tài)即可改變集熱液體的流程；通過改變集熱液體的流程，能夠使得出液集液管3的下游具有不同的出液溫度，如：在電動(dòng)閥門5全開的情形下，形成的集熱液體的目標(biāo)流動(dòng)路徑為并聯(lián)流程，而在部分電動(dòng)閥門5打開的情形下，則該目標(biāo)流動(dòng)路徑至少包含一部分串聯(lián)流程，特別是在并入電動(dòng)閥門5的級(jí)數(shù)越高的情況下，集熱液體的集熱溫度會(huì)明顯高于單純的并聯(lián)流程；由于在上述并聯(lián)流程和串聯(lián)流程(包括全部串聯(lián)以及包含并聯(lián)支路的部分串聯(lián))下，集熱液體流過毛細(xì)管吸熱器2時(shí)所形成的壓損不同，因此在流量相同的情況下，會(huì)具有不同的泵送集熱液體的泵功。

此外，如圖1所示，還包括用于檢測集熱器的運(yùn)行數(shù)據(jù)的傳感器組，主要用于控制部的參數(shù)采集。傳感器組主要包括：

i)第一傳感器組，其設(shè)于進(jìn)液分液管1的上游，用于檢測集熱液體在集熱器進(jìn)口處的特征參數(shù)，如設(shè)于集熱液體的入口處(即進(jìn)液分液管1的上游)的第一溫度傳感器61、流量傳感器7和第一壓差傳感器測點(diǎn)81等；

ii)第二傳感器組，其設(shè)于出液集液管3的下游，用于檢測集熱液體在集熱器出口處的特征參數(shù)，如設(shè)于集熱液體的出口處(即出液集液管3的下游)的第二溫度傳感器62和第二壓差傳感器測點(diǎn)82等；

iii)第三傳感器組，其設(shè)于集熱器所處的環(huán)境中，用于檢測環(huán)境參數(shù)，如置于環(huán)境中的第三溫度傳感器63、風(fēng)速傳感器10和太陽輻射傳感器11等；以及

iv)供熱溫度傳感器64，其設(shè)于蓄熱水箱17的供熱出口，用于檢測蓄熱水箱17內(nèi)的供熱流體所具備的供熱溫度。

具體地：i)、ii)、iii)中三處的溫度傳感器(61、62、63)分別用于檢測集熱器進(jìn)、出口處的集熱液體的溫度以及集熱器所在的環(huán)境溫度；i)中的流量傳感器7用于檢測集熱液體的流量；i)、ii)中兩處的壓差傳感器測點(diǎn)(81、82)用于檢測出集熱液體流經(jīng)集熱器后在集熱器出口處的壓降；iii)中的風(fēng)速傳感器10用于測試環(huán)境風(fēng)速；iii)中的太陽輻射傳感器11用于測試太陽輻射強(qiáng)度。

上述(第一、第二、第三)傳感器組以及供熱溫度傳感器64分別與控制部電連接，用于向控制部提供用于調(diào)整各個(gè)電動(dòng)閥門5的開關(guān)狀態(tài)的基準(zhǔn)參數(shù)。即上述所有的測試數(shù)據(jù)通過信號(hào)線19傳遞至控制部，控制部可以置于蓄熱水箱17的頂部，也可以置于熱泵循環(huán)支路和集熱器之間，當(dāng)然也可以設(shè)于集熱器的內(nèi)部。在第一供熱循環(huán)中，集熱器相對(duì)于整個(gè)循環(huán)的蒸發(fā)器。以及在第二供熱循環(huán)中，集熱器內(nèi)的集熱液體通過換熱器18直接加熱蓄熱水箱17內(nèi)的供熱流體，。集熱器根據(jù)熱泵裝置的運(yùn)行溫度的需求確定出集熱模式，集熱器對(duì)當(dāng)前供熱模式對(duì)應(yīng)的集熱模式下的集熱液體的流動(dòng)路徑和流量進(jìn)行優(yōu)化。即控制部通過控制電動(dòng)閥門5的開關(guān)狀態(tài)來調(diào)整集熱液體的流程，最終實(shí)現(xiàn)不同的目標(biāo)供熱過程。

此外，控制部還與設(shè)于進(jìn)液分液管1的上游的流量控制閥9通過信號(hào)線19實(shí)現(xiàn)電連接，通過調(diào)節(jié)流量控制閥9的開度來控制集熱液體在流程內(nèi)的流量。

不過，控制部最主要的功能是用于根據(jù)集熱器的運(yùn)行狀況來控制電動(dòng)閥門5的開關(guān)狀態(tài)；進(jìn)而改變集熱液體的目標(biāo)流動(dòng)路徑。作為一種具體的實(shí)施方式，進(jìn)一步參照?qǐng)D3，控制部用于完成對(duì)集熱液體的流程控制，該流程控制方法主要包括以下功能：

31)接收功能，其用于采集并上傳集熱器的參數(shù)以及能夠表征集熱器運(yùn)行狀態(tài)的數(shù)據(jù)(運(yùn)行數(shù)據(jù))；

32)處理功能，其根據(jù)接收到的上述數(shù)據(jù)，結(jié)合當(dāng)前集熱模式所具有的設(shè)定的出液溫度，根據(jù)一定的優(yōu)化途徑對(duì)當(dāng)前集熱模式下的目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行優(yōu)化；

需要解釋的是，上文中提到的優(yōu)化途徑，可以采用已有的、成熟應(yīng)用于拆選和調(diào)整的優(yōu)化算法(如神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法、蟻群算法、一一比對(duì)等)，也可以根據(jù)實(shí)際需求進(jìn)行重新編程，或者對(duì)已有算法進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，只要能夠通過調(diào)整電動(dòng)閥門5的開關(guān)狀態(tài)使得當(dāng)前集熱模式下的目標(biāo)函數(shù)更優(yōu)即可。

此外，關(guān)于當(dāng)前集熱模式，在一種可能的實(shí)施方式中，可以在控制部中預(yù)設(shè)若干個(gè)選定的、經(jīng)典的目標(biāo)工作模式，每個(gè)目標(biāo)工作模式可以具有特定的目標(biāo)函數(shù)，以使得其在獲得最優(yōu)值的情況下適用于與目標(biāo)工作模式對(duì)應(yīng)的場合?；蛘?，也可以根據(jù)實(shí)際情況，在控制部中新增某個(gè)或者某幾個(gè)新的目標(biāo)工作模式，以使得其目標(biāo)函數(shù)在獲得最優(yōu)值的情況下適用于與新的目標(biāo)工作模式對(duì)應(yīng)的場合。其中，最優(yōu)值的種類至少包括以給定流量下最高溫升、給定出液溫度下最大流量以及給定溫度和流量下最小泵功。

33)反饋功能，其用于計(jì)算出當(dāng)前集熱模式的目標(biāo)函數(shù)為最優(yōu)值時(shí)對(duì)應(yīng)的各個(gè)電動(dòng)閥門5應(yīng)具有的開關(guān)狀態(tài)，即各個(gè)電動(dòng)閥門5的目標(biāo)開關(guān)狀態(tài)；

34)執(zhí)行功能，其將反饋模塊得出各個(gè)電動(dòng)閥門5應(yīng)具有的開關(guān)狀態(tài)與采集到的各個(gè)電動(dòng)閥門5當(dāng)前的開關(guān)狀態(tài)進(jìn)行比對(duì)，并通過發(fā)送相應(yīng)的執(zhí)行命令，使得各個(gè)電動(dòng)閥門5的開關(guān)狀態(tài)調(diào)整為目標(biāo)開關(guān)狀態(tài)。

當(dāng)然，還可以具備顯示、存儲(chǔ)等其他輔助功能，具體地：

35)顯示功能，其用于將集熱器的實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)通過一定的形式顯示，如可以對(duì)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行分級(jí)，然后以“良好、正常、過熱”等形式予以顯示，或者根據(jù)實(shí)際情況和需求，將運(yùn)行狀態(tài)的某些參數(shù)予以顯示，或者將某些參數(shù)所表征的運(yùn)行狀態(tài)以動(dòng)畫流(如集熱液體的流動(dòng)路徑等)的形式予以顯示；

36)存儲(chǔ)功能，其用于記錄并存儲(chǔ)集熱器的參數(shù)以及運(yùn)行數(shù)據(jù)；主要是作為備用數(shù)據(jù)。如可以通過調(diào)出數(shù)據(jù)的方式，便于后續(xù)通過對(duì)集熱器的運(yùn)行狀態(tài)來獲取影響集熱器性能的因素，從而進(jìn)行改善集熱器性能的研究?；蛘咴诩療崞靼l(fā)生故障時(shí)，可以通過調(diào)出相關(guān)數(shù)據(jù)作為故障分析的參考數(shù)據(jù)。

進(jìn)一步參照?qǐng)D4-1和圖4-2，在一種可能的實(shí)施方式中，控制部可以包括控制裝置和遠(yuǎn)程控制裝置兩個(gè)組成部分，通過兩個(gè)組成部分的相互協(xié)作來完成控制部所應(yīng)具備的上述功能“31～36”；如，兩個(gè)部分的分工可以為：控制裝置主要完成相關(guān)的核心運(yùn)算和控制等功能，而遠(yuǎn)程控制裝置則主要完成顯示等功能。具體地：

控制裝置作為控制部的核心部件，其主要集成了以下五個(gè)功能：

4101)數(shù)據(jù)采集功能，采集集熱器的運(yùn)行數(shù)據(jù)并將該數(shù)據(jù)發(fā)送到遠(yuǎn)程控制裝置，其中：運(yùn)行數(shù)據(jù)可以包括但不限于：集熱溫度、流量、集熱液體的流動(dòng)壓力損失、環(huán)境溫度、風(fēng)速、太陽輻射強(qiáng)度中的一種或者多種，主要用于根據(jù)參數(shù)計(jì)算集熱器的流體溫升、漏熱量和壓損等表征性能特征的參數(shù)，或者某些中間參數(shù)，或者用于在遠(yuǎn)程控制裝置端將某些參數(shù)所反映的運(yùn)行狀態(tài)予以實(shí)時(shí)顯示；以及各電動(dòng)閥門5的當(dāng)前開關(guān)狀態(tài)，用作對(duì)電動(dòng)閥門5的開關(guān)狀態(tài)進(jìn)行調(diào)整時(shí)的基準(zhǔn)狀態(tài)；

4102)模式確認(rèn)功能，接受遠(yuǎn)程控制裝置選擇出的模式確認(rèn)指令，模式確認(rèn)指令可以包括：在既有的若干個(gè)集熱器運(yùn)行模式選定某一個(gè)作為當(dāng)前集熱模式，或者可以根據(jù)當(dāng)前的集熱溫度和流量，在遠(yuǎn)程控制裝置端手動(dòng)輸入新的集熱器運(yùn)行模式，作為當(dāng)前集熱模式；

4103)運(yùn)算功能，對(duì)當(dāng)前集熱模式下的目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，計(jì)算出目標(biāo)函數(shù)獲得最優(yōu)值的情形下對(duì)應(yīng)的各個(gè)電動(dòng)閥門5應(yīng)具有的目標(biāo)開關(guān)狀態(tài)，并參考前述4101)中的基準(zhǔn)狀態(tài)，發(fā)送相應(yīng)的控制指令給各電動(dòng)閥門5；

4104)存儲(chǔ)與記錄功能，存儲(chǔ)并記錄集熱器的相關(guān)參數(shù)以及運(yùn)行數(shù)據(jù)(與實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)相關(guān)的數(shù)據(jù))，參數(shù)可以包括但不限于集熱器各部件的尺寸(如毛細(xì)管吸熱器2和CPC4的尺寸)，運(yùn)行數(shù)據(jù)可以包括但不限于供熱溫度、集熱溫度、流量、集熱液體流動(dòng)壓力損失、環(huán)境溫度、風(fēng)速和太陽輻射強(qiáng)度等；以及記錄各個(gè)電動(dòng)閥門5的開關(guān)狀態(tài)(包括當(dāng)前的和調(diào)整后的)。存儲(chǔ)與記錄功能主要是便于在需要時(shí)將數(shù)據(jù)調(diào)出，如可以是，在對(duì)集熱器的性能進(jìn)行研究和綜合評(píng)價(jià)時(shí)，或者對(duì)集熱器的故障進(jìn)行分析時(shí)，作為參考數(shù)據(jù)。

除了上述四個(gè)在多數(shù)情況下應(yīng)當(dāng)具備的基本功能之外，還可以具有以下功能：

4105)顯示功能，根據(jù)實(shí)際需求，可以選擇性地顯示集熱器的部分實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)，包括但不限于供熱溫度、集熱溫度、流量、集熱液體流動(dòng)壓力損失、環(huán)境溫度、風(fēng)速、太陽輻射強(qiáng)度、電動(dòng)閥門開關(guān)狀態(tài)及集熱液體流程。此處的顯示，主要是便于集熱器的現(xiàn)場檢修和操控。

而遠(yuǎn)程控制裝置則主要集成了以下兩個(gè)功能：

4201)顯示功能，選擇性地接收控制裝置采集的或者計(jì)算出的參數(shù)或者數(shù)據(jù)，可以包括但不限于接收集熱溫度、流量、集熱液體流動(dòng)壓力損失、環(huán)境溫度、風(fēng)速、和太陽輻射強(qiáng)度，主要用于在遠(yuǎn)程控制裝置端具有的顯示界面上進(jìn)行相應(yīng)的顯示，以便于用戶了解當(dāng)前集熱器運(yùn)行環(huán)境狀況和集熱器運(yùn)行參數(shù)，以及還可以接收各個(gè)電動(dòng)閥門5的開關(guān)狀態(tài)，也是主要便于用戶了解當(dāng)前集熱器的運(yùn)行狀態(tài)。

4202)模式確認(rèn)功能，發(fā)送模式確認(rèn)指令給控制裝置，用于控制裝置選擇出集熱器的當(dāng)前集熱模式，并對(duì)當(dāng)前集熱模式下的目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，以使得集熱液體的流程得以優(yōu)化。

下面主要說明控制裝置采集到的集熱器的參數(shù)以及運(yùn)行數(shù)據(jù)所能夠參與的計(jì)算，如主要用于計(jì)算集熱器的溫升、漏熱量和集熱液體的壓力損失。

可以設(shè)集熱液體在集熱器入口處的入口溫度為T_in，集熱器的面積為A，集熱液體在集熱器出口處的出口溫度T_out，集熱器的級(jí)數(shù)(從上游到下游包含的集熱單元的個(gè)數(shù))為n，則每一級(jí)分配的面積為A_i，假設(shè)太陽輻射強(qiáng)度為I，環(huán)境溫度為T_a，集熱液體的流量為m；

則第一級(jí)的溫升為：

首先，第一級(jí)的溫升滿足以下公式

IA₁-Q_{l_1}＝cm(T_{out_1}-T_{in_1})＝cmΔT₁ (1)

式中，ΔT₁為第一級(jí)集熱液體的溫升；c為集熱液體的比熱；T_{in_1}第一級(jí)集熱液體的進(jìn)口溫度，T_{in_1}＝T_in；T_{out_1}為第一級(jí)集熱液體的出口溫度，也為第二級(jí)集熱液體的入口溫度：T_{in_2}＝T_{out_1}；Q_{l_1}為第一級(jí)吸熱器的漏熱量，

式中，h為集熱器外表面與環(huán)境的對(duì)流換熱系數(shù)，該對(duì)流換熱系數(shù)僅與環(huán)境風(fēng)速有關(guān)，h＝f(v)；A_{h_1}為第一級(jí)毛細(xì)管吸熱器2的外表面面積；則可得到集熱液體第一級(jí)的溫升為：

設(shè)第一級(jí)集熱液體的平均溫度為則可得到第一級(jí)溫升為：

同樣的計(jì)算方法，第二級(jí)集熱液體溫升計(jì)算公式為：

IA₂-Q_{l_2}＝cm(T_{out_2}-T_{in_2})＝cmΔT₂ (4)

則第i級(jí)溫升為：

第n級(jí)的溫升為：

可以看出，如果每一級(jí)毛細(xì)管吸熱器2的集熱面積和吸熱面積相同，則隨著級(jí)數(shù)的增加，吸熱溫度越來越高，則漏熱量隨之增加；而當(dāng)級(jí)數(shù)增加到一定程度后，集熱器的吸熱量與漏熱量相等，此時(shí)，集熱液體的溫度達(dá)到最高集熱溫度，不會(huì)進(jìn)一步增加，后續(xù)的集熱流程只會(huì)白白浪費(fèi)泵功。因此，要提高集熱器的出液溫度，則需要根據(jù)每一級(jí)集熱液體溫升后的漏熱量逐級(jí)提高每一級(jí)的吸熱器面積。

其中，確定每一級(jí)管路數(shù)和壓降的計(jì)算方法為：

由于電動(dòng)閥門5的關(guān)閉是使集熱液體的流程改變的原因，因此，集熱液體的流程的判定過程主要是尋找流程中處于關(guān)閉狀態(tài)的電動(dòng)閥門5。具體流程的判定方法為：

首先判斷是不是單一流程，即是否所有套接的毛細(xì)管吸熱器2為并聯(lián)。當(dāng)滿足除進(jìn)液分液管最末一級(jí)的電動(dòng)閥門5處于關(guān)閉狀態(tài)之外，其他所有的電動(dòng)閥門5都是打開狀態(tài)的情形下，集熱液體即為單一的并聯(lián)流程。

在集熱液體不是單一的并聯(lián)流程，即集熱液體為多流程的情形下，首先在進(jìn)液分液管1尋找第一個(gè)關(guān)閉的電動(dòng)閥門5。即j＝1，i從1開始逐漸增加，當(dāng)a(x,1)＝0時(shí)，則第一流程的管路數(shù)為x；然后在出液集液管3上尋找第二個(gè)關(guān)閉的電動(dòng)閥門5，即j＝2，i從x繼續(xù)增加，當(dāng)a(y,2)＝0時(shí)，則第二流程的管路數(shù)為y-x；則下一個(gè)關(guān)閉的電動(dòng)閥門5應(yīng)該在進(jìn)液分液管1上，然后，在進(jìn)液分液管1上尋找下一個(gè)關(guān)閉的電動(dòng)閥門5，即j＝1，i從y繼續(xù)增加，當(dāng)a(z,2)＝0時(shí)，則第三流程的管路數(shù)為z-y；依次類推直到i＝n-1便可以得到每一級(jí)管路數(shù)。最后一列的兩個(gè)電動(dòng)閥門5是為控制集熱液體最后從出液集液管3流出，最后的電動(dòng)閥門5的開關(guān)狀態(tài)受流程數(shù)控制：當(dāng)流程管路數(shù)為奇數(shù)時(shí)，進(jìn)液分液管1上的電動(dòng)閥門5是關(guān)閉的，出液集液管3上的閥門是開啟的；當(dāng)流程數(shù)為偶數(shù)時(shí)，進(jìn)液分液管1上的電動(dòng)閥門5是開啟的，出液集液管3上的電動(dòng)閥門5是關(guān)閉的。

確定完成流程和每個(gè)流程中的毛細(xì)管吸熱器2的數(shù)目后即可以計(jì)算整個(gè)集熱器的集熱液體的壓降。其等于每一級(jí)的壓降之和。而每一級(jí)的壓降等于毛細(xì)管吸熱器2的沿程壓降和局部壓降之和。其中：

單根毛細(xì)管吸熱器2的沿程壓降為：

式中，λ為沿程壓降系數(shù)，由于集熱液體的流動(dòng)一般為層流，可取L為吸熱管長度；V為吸熱管內(nèi)集熱液體的流速；g為重力加速度；

Re為集熱液體的雷諾數(shù)；ρ為集熱液體密度；D為吸熱管外徑；μ為集熱液體動(dòng)力粘度；

局部壓降為：

式中，ξ為局部壓降系數(shù)，由于集熱器的局部壓降主要為進(jìn)液分液管1到毛細(xì)管吸熱器2、毛細(xì)管吸熱器2到出液集液管3的管徑突變和流動(dòng)方向造成的壓降，如在一種具體的實(shí)施方式中，ξ可以取為1。

進(jìn)一步地，由公式(8)可知，對(duì)于多級(jí)集熱器的集熱液體的出口溫度與太陽輻射強(qiáng)度、集熱器面積、吸熱器面積、漏熱換熱系數(shù)、環(huán)境溫度、集熱液體比熱和流量有關(guān)系。因此在給定集熱液體種類的情形下，可以認(rèn)為集熱液體的比熱為常數(shù)；在給定太陽輻射強(qiáng)度的情形下下，集熱器的出液溫度與環(huán)境溫度、流量、出液集熱器3的面積、毛細(xì)管吸熱器2的面積、漏熱換熱系數(shù)等參數(shù)有關(guān)，即：

而漏熱系數(shù)又與風(fēng)速有關(guān)，即：

T_{out_i}＝f(v,A_{h_n},A_n,m,T_a) (12)

以及集熱器的能量利用效率，其除了與集熱液體的吸熱量相關(guān)外，還與泵送集熱液體的泵功有關(guān)。具體而言：集熱器凈效率＝(集熱液體溫升-泵功)/太陽輻射能量。而泵功則與集熱液體的流量和流程有關(guān)系。也就是說，要想獲得更高的集熱器的凈能量利用效率，在滿足集熱液體的供液溫度和流量的前提下，要合理地規(guī)劃集熱液體的流程，以及通過盡量減少集熱液體的壓降來減少泵功。

因此，在不同的太陽輻射條件下，可以通過調(diào)整電動(dòng)閥門5的開關(guān)狀態(tài)來調(diào)整毛細(xì)管吸熱器2的面積、以及通過集熱器的面積和流量來調(diào)整集熱器的出液溫度和凈能量利用效率。如集熱器的工作模式可以包括以下三種目標(biāo)工作模式：

1)給定流量下的最高溫升，該模式適用于對(duì)集熱器的集熱溫度有要求的情形。

2)給定出液溫度下的最大流量，該模式適用于對(duì)集熱器的集熱量有要求的情形。

3)給定溫度、流量下的最小泵功，該模式適用于要求集熱器節(jié)能運(yùn)行、自耗功最小的情形。

進(jìn)一步參照?qǐng)D1，為更清楚地表達(dá)集熱液體的路徑，如可以通過矩陣A＝{a(i,j)}來表示每一個(gè)電動(dòng)閥門5的開關(guān)狀態(tài)。其中(i,j)表示電動(dòng)閥門5的坐標(biāo)，其中，i表示沿著集熱液體流動(dòng)方向的列數(shù)，j表示沿著集熱液體流動(dòng)方向的行數(shù)。如，j＝1時(shí)表示該電動(dòng)閥門5為進(jìn)液分液管1上的電動(dòng)閥門5，j＝2時(shí)表示該電動(dòng)閥門5為出液集液管3上的電動(dòng)閥門5。a(i,j)的值表示坐標(biāo)為(i,j)的電動(dòng)閥門5的開關(guān)狀態(tài)；如可以是：當(dāng)a(i,j)＝1時(shí)，表示電動(dòng)閥門5為開啟狀態(tài)，而當(dāng)a(i,j)＝0時(shí)，則表示電動(dòng)閥門5為關(guān)閉狀態(tài)。則整個(gè)集熱器的各個(gè)電動(dòng)閥門5的開關(guān)狀態(tài)，可以表示為一個(gè)n×2的(0,1)矩陣，即可以通過各個(gè)a(i,j)的值來描述整個(gè)集熱器的集熱液體的流程。

控制部對(duì)電動(dòng)閥門5的開關(guān)狀態(tài)進(jìn)行控制的具體優(yōu)化算法可以概括為：

首先是目標(biāo)函數(shù)的設(shè)定：根據(jù)用戶需求或者基于研究和/或?qū)嵺`的分析，設(shè)定若干個(gè)備選的目標(biāo)函數(shù)，如備選的目標(biāo)函數(shù)可以包括以下三種函數(shù)：

i)目標(biāo)函數(shù)得出的指標(biāo)是給定流量下的最高溫升，即：

當(dāng)m＝常數(shù)時(shí)，f₁＝max(ΔT)；其中ΔT表示集熱液體的最大溫升；

ii)目標(biāo)函數(shù)得出的指標(biāo)是給定出液溫度下的最大流量，即：

當(dāng)集熱液體出液溫度T_out＝常數(shù)時(shí)，f₂＝max(m)；

iii)目標(biāo)函數(shù)得出的指標(biāo)是給定出液溫度下的最小泵功，即：

當(dāng)出液溫度T_out和集熱液體流量m＝常數(shù)時(shí)，f₃＝min(P_pump)。

由于蓄水水箱17的供熱溫度已經(jīng)設(shè)定，即集熱溫度也已確定，那么上述目標(biāo)函數(shù)iii)對(duì)應(yīng)的集熱模式即適用于本發(fā)明，即將集熱器應(yīng)用于直膨式熱泵裝置。

遠(yuǎn)程控制裝置可以選定上述目標(biāo)函數(shù)中的其中任一個(gè)作為當(dāng)前的集熱模式下的目標(biāo)函數(shù)，該目標(biāo)函數(shù)即對(duì)應(yīng)某一種側(cè)重點(diǎn)(適用場合下的特定要求)的集熱模式，對(duì)該集熱模式進(jìn)行優(yōu)化的過程具體可以包括：

初始化步驟：隨機(jī)生成M個(gè)滿足上述能用于描述整個(gè)集熱器的集熱液體的流程的n×2的矩陣，即其中的元素a[i,j]的值在0和1之間隨機(jī)選取，剔除上述M個(gè)矩陣中沒有物理意義的矩陣，如沒有物理意義的矩陣至少包括：

a)造成集熱液體的流程斷路的矩陣，即需保證當(dāng)a(i,1)和a(i,2)不能同時(shí)為0。

進(jìn)一步參照?qǐng)D，當(dāng)時(shí)，由于中上和中下兩個(gè)電動(dòng)閥門5同時(shí)處于關(guān)閉狀態(tài)，會(huì)導(dǎo)致集熱器內(nèi)的集熱液體斷路，即不能實(shí)現(xiàn)最基本的集熱器入口流入、出口流出的路徑，屬于無效流程，因此需要在對(duì)路徑進(jìn)行優(yōu)化計(jì)算之前予以剔除。

b)剔除高溫級(jí)集熱面積小于低溫級(jí)面積的矩陣，即每級(jí)集熱液體的流程的集熱面積≤后一級(jí)的集熱面積，而≥前一級(jí)的集熱面積。

進(jìn)一步參照?qǐng)D，當(dāng)時(shí)，即所有電動(dòng)閥門5為打開狀態(tài)，流程為并聯(lián)；當(dāng)時(shí)，為三級(jí)串聯(lián)集熱；

當(dāng)時(shí)，形成兩級(jí)集熱，其中低級(jí)為一流程集熱，二級(jí)為二流程集熱，二級(jí)集熱面積大于一級(jí)集熱面積，符合要求；

而當(dāng)時(shí)，同樣形成兩級(jí)集熱，其中低級(jí)為二流程集熱，二級(jí)為一流程集熱，二級(jí)集熱面積小于一級(jí)集熱面積，不符合要求，應(yīng)予以剔除。剔除的原因?yàn)椋寒?dāng)?shù)图?jí)集熱的溫度足夠高的時(shí)候，會(huì)造成高級(jí)集熱的漏熱量≥太陽輻射量，則集熱器的集熱溫度不會(huì)繼續(xù)升高，即高級(jí)集熱的集熱面積對(duì)集熱器的集熱沒有貢獻(xiàn)，因此需要在對(duì)路徑進(jìn)行優(yōu)化計(jì)算之前予以剔除。

計(jì)算剔除之后的、具有物理意義的M1個(gè)矩陣對(duì)應(yīng)的目標(biāo)函數(shù)值，得到階段最優(yōu)值。將該階段最優(yōu)值對(duì)應(yīng)的矩陣A作為目標(biāo)矩陣B的初始值；即：選出具有物理意義的M1個(gè)矩陣中對(duì)應(yīng)的目標(biāo)函數(shù)值最優(yōu)的那個(gè)矩陣，作為目標(biāo)矩陣B的初始值；

優(yōu)化步驟：按照設(shè)定的規(guī)則對(duì)上述目標(biāo)矩陣B進(jìn)行優(yōu)化，在優(yōu)化過程滿足設(shè)定的停止條件時(shí)，即得到該集熱模式下的目標(biāo)函數(shù)值。根據(jù)目標(biāo)函數(shù)值獲得相應(yīng)的集熱液體路徑，即為最優(yōu)化之后的集熱液體路徑?？刂蒲b置結(jié)合當(dāng)前的電動(dòng)閥門5的開閉狀態(tài)，對(duì)各個(gè)電動(dòng)閥門5發(fā)送指令，將集熱液體的路徑調(diào)整為該目標(biāo)函數(shù)值對(duì)應(yīng)的集熱液體的路徑。

如一種簡單的示例可以是：用戶在遠(yuǎn)程控制裝置端將當(dāng)前的集熱器的目標(biāo)工作模式設(shè)定為由目標(biāo)函數(shù)得出的指標(biāo)是“給定流量下的最高溫升”所對(duì)應(yīng)的集熱模式，則控制裝置對(duì)各個(gè)電動(dòng)閥門5發(fā)出M1個(gè)作為初始值的矩陣A對(duì)應(yīng)的控制指令：

如上述M1＝1，矩陣A所對(duì)應(yīng)的控制指令形成的集熱器的集熱液體的路徑為“多級(jí)串聯(lián)”，如為圖1中的五個(gè)電動(dòng)閥門中的(2、5)為打開狀態(tài)，其余為關(guān)閉狀態(tài)，此即初始值對(duì)應(yīng)的階段最優(yōu)值，即將其作為目標(biāo)矩陣B[n，2]的初始值。根據(jù)該階段最優(yōu)值，測試、計(jì)算并記錄集熱器的進(jìn)出口溫差。

對(duì)上述階段最優(yōu)值進(jìn)行優(yōu)化的過程可以為，控制裝置根據(jù)設(shè)定的規(guī)則(如經(jīng)驗(yàn)值、隨機(jī)數(shù)據(jù)交換等)調(diào)整矩陣A中的元素值，如將為集熱液體的路徑調(diào)整為“最末兩級(jí)為串聯(lián)”，如為圖1中的5個(gè)電動(dòng)閥門中的(1、5)(下右，上左)為關(guān)閉狀態(tài)，其余為打開狀態(tài)，形成的是串并組合的兩級(jí)流程，此即對(duì)階段最優(yōu)值進(jìn)行的第一次優(yōu)化。根據(jù)該第一次優(yōu)化值。根據(jù)該第一次最優(yōu)值，測試、計(jì)算并記錄集熱器的進(jìn)、出口的溫差。

對(duì)比階段優(yōu)化值和第一次優(yōu)化值對(duì)應(yīng)的兩種集熱液體的路徑在集熱器進(jìn)、出口處的溫差，如果第一種(“多級(jí)串聯(lián)”)進(jìn)出口溫差大于第二種，則控制裝置重新發(fā)送指令，以“多級(jí)串聯(lián)”作為當(dāng)前的集熱液體流程，即不替換目標(biāo)矩陣B[n，2]的值，根據(jù)設(shè)定的規(guī)則進(jìn)行進(jìn)一步優(yōu)化；如果第一種溫差小于第二種，則需要改變流程，將第一次優(yōu)化值對(duì)應(yīng)的集熱液體的路徑作為當(dāng)前的集熱液體流程，即目標(biāo)矩陣B[n，2]的初始值替換為改變流程后的值，根據(jù)設(shè)定的規(guī)則進(jìn)行進(jìn)一步優(yōu)化；直到滿足設(shè)定的條件(如迭代或者交換次數(shù))，即將最后一次的優(yōu)化值所對(duì)應(yīng)的集熱液體流程作為該集熱模式下的最優(yōu)值，計(jì)算該最優(yōu)值狀態(tài)下的集熱器的集熱液體的進(jìn)、出口溫差即為最高溫升(出口溫度-進(jìn)口溫度)，并獲得目標(biāo)矩陣B[n，2]對(duì)應(yīng)的集熱液體的流程。

當(dāng)然，為了縮短最優(yōu)化的運(yùn)算成本以及提高優(yōu)化水平，也可以根據(jù)實(shí)際需求進(jìn)行編程或者引入已有的其他用于進(jìn)行最優(yōu)化選擇的成熟算法。如依然同前一個(gè)示例，將當(dāng)前的集熱器的目標(biāo)工作模式設(shè)定為由目標(biāo)函數(shù)得出的指標(biāo)是“給定流量下的最高溫升”所對(duì)應(yīng)的模式，發(fā)明人根據(jù)實(shí)際的需求，對(duì)該優(yōu)化過程進(jìn)行了一種具體的編程，邏輯框圖具體參照?qǐng)D5，通過該編程的算法對(duì)集熱液體的路徑進(jìn)行優(yōu)化的具體過程可以為：

501)計(jì)算M1個(gè)每個(gè)矩陣對(duì)應(yīng)的目標(biāo)函數(shù)值，選擇目標(biāo)函數(shù)值最優(yōu)的作為階段最優(yōu)值；提取該階段最優(yōu)值對(duì)應(yīng)的矩陣A并存放到目標(biāo)矩陣B[n，2]中，作為目標(biāo)矩陣B[n，2]的初始值。

502)在M1個(gè)矩陣?yán)镆栽O(shè)定的概率挑選矩陣選擇矩陣A1和A2進(jìn)行交叉計(jì)算，重新生成兩個(gè)新矩陣A1’和A2’。交叉計(jì)算的方式如下：①在1和n之間隨機(jī)生成整數(shù)C；②將矩陣A1和A2中的元素a1[i,j]和a2[i,j]中(i>C)的數(shù)值進(jìn)行互換；③剔除矩陣交換之后沒有物理意義的矩陣，同時(shí)將沒有物理意義的矩陣用B[n，2]補(bǔ)位代替；生成交叉后的矩陣群體。

其中，矩陣群體中的某個(gè)矩陣是否被選中用于交叉計(jì)算的概率，與該矩陣對(duì)應(yīng)的目標(biāo)函數(shù)的計(jì)算值相關(guān)，即：當(dāng)目標(biāo)函數(shù)為本實(shí)施例中所述的求最大值運(yùn)算的函數(shù)時(shí)，則矩陣群體中的矩陣對(duì)應(yīng)的目標(biāo)函數(shù)值越大，則被選中用于交叉的概率就越大；相應(yīng)地，當(dāng)目標(biāo)函數(shù)為求最小值運(yùn)算的函數(shù)時(shí)，則矩陣群體中的矩陣對(duì)應(yīng)的目標(biāo)函數(shù)值越小，則被選中用于交叉的概率就越小。

503)對(duì)上述得到的交叉后的矩陣群體進(jìn)行變異計(jì)算，變異計(jì)算的方式如下：①在1和n之間隨機(jī)生成整數(shù)D；②以一定的概率，決定上述矩陣群體中的矩陣個(gè)體是否參與變異計(jì)算。此處，單一矩陣參加變異的概率完全隨機(jī)，與任何其余條件無關(guān)；③如果某一個(gè)矩陣A參與了變異計(jì)算，則將a[i,j](i＝D)對(duì)應(yīng)的數(shù)值進(jìn)行邏輯顛倒，即：如果是1，則變?yōu)?；如果是0，則賦值為1；④剔除矩陣變異之后沒有物理意義的矩陣；依然將沒有物理意義的矩陣用B[n，2]補(bǔ)位代替；生成變異后的矩陣群體。

504)進(jìn)行上述變異、交叉之后，將目標(biāo)值最優(yōu)的一個(gè)矩陣與B[n，2]的初始值比較，如果對(duì)應(yīng)的目標(biāo)函數(shù)值優(yōu)于初始值，則用階段最優(yōu)值替代初始值，如果初始值更優(yōu)，則繼續(xù)保留初始值，即得到階段最優(yōu)值，對(duì)變異后的矩陣群體重復(fù)進(jìn)行前述交叉和變異運(yùn)算，對(duì)階段最優(yōu)值進(jìn)行進(jìn)一步優(yōu)化。

505)直至達(dá)到設(shè)定的迭代次數(shù)或者設(shè)定的其他停止條件時(shí)，在得到的M1個(gè)矩陣中，按照其對(duì)應(yīng)的目標(biāo)函數(shù)值，將目標(biāo)函數(shù)值最優(yōu)的一組作為目標(biāo)矩陣B[n，2]的最優(yōu)值。

506)調(diào)節(jié)控制各個(gè)電動(dòng)閥門5的開關(guān)狀態(tài)，使得集熱液體的流動(dòng)路徑為根據(jù)目標(biāo)矩陣B[n，2]的最優(yōu)值所確定的路徑，為最優(yōu)路徑。

根據(jù)實(shí)際需要，通過調(diào)節(jié)進(jìn)入集熱器的集熱液體的流量，通過控制集熱器內(nèi)的各個(gè)電動(dòng)閥門5的開閉來調(diào)節(jié)集熱液體的流程，結(jié)合環(huán)境溫度、風(fēng)速、太陽輻射、集熱器尺寸等影響因素，針對(duì)不同的應(yīng)用場合，可以在出液集液管3的下游端實(shí)現(xiàn)不同的出液溫度。如在夏季時(shí)，將出液溫度到100℃以上，然后通過驅(qū)動(dòng)吸收式制冷或者有機(jī)朗肯循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)收集的熱能進(jìn)行制冷或者發(fā)電的利用，提高了集熱器所收集的熱能的轉(zhuǎn)化率。

采用本發(fā)明的集熱液體控制方法實(shí)現(xiàn)供熱的步驟具體為：開機(jī)后，控制部根據(jù)集熱器的參數(shù)(如包括集熱器的尺寸、毛細(xì)吸熱管2的尺寸、CPC4的尺寸等)和運(yùn)行數(shù)據(jù)(如環(huán)境溫度、風(fēng)速、太陽輻射，集熱液體進(jìn)出口溫度、壓降和流量等)，對(duì)當(dāng)前集熱模式的目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，當(dāng)目標(biāo)函數(shù)最優(yōu)值的情形下，其對(duì)應(yīng)的各個(gè)電動(dòng)閥門5的開關(guān)狀態(tài)所確定的集熱液體的流程即為理論上的最佳流程。集熱液體經(jīng)該最佳流程流出集熱器之后，通過第一供熱循環(huán)或者第二供熱循環(huán)向蓄熱水箱17的供熱流體提供熱源。本發(fā)明包含的要點(diǎn)主要包括：

1)通過以毛細(xì)管吸熱器2為吸熱件，取代了熱管或常規(guī)吸熱管，加工簡單，成本低廉，且作為一種優(yōu)選，毛細(xì)管吸熱器2的外徑≤4mm(優(yōu)選為1～4mm，更優(yōu)選為2～4mm)，以及通過以CPC4為聚光裝置，且作為一種優(yōu)選，CPC4的截取比范圍為0～4/5，可以利用3D打印等加工工藝成型，有效增加了毛細(xì)管吸熱器2的吸熱熱流密度，減少了散熱面積，可以使CPC4的尺寸(高度小于等于50mm)與常規(guī)平板集熱器和真空管集熱器相當(dāng)，且具有常規(guī)集熱器2～5倍甚至高達(dá)10倍的聚光比；而且根據(jù)實(shí)際情況和需求，可以以單根毛細(xì)管吸熱器2所對(duì)應(yīng)的集熱單元作為一個(gè)基本的吸熱單元，也可以利用二級(jí)分液器將多跟毛細(xì)管吸熱器2并聯(lián)作為一個(gè)基本的吸熱單元；且整個(gè)集熱器通過金屬管路來連接，因此具有一定的承壓能力，同時(shí)在冬季具有防凍裂能力。

2)通過電動(dòng)閥門5的開關(guān)狀態(tài)來調(diào)整集熱液體(可以為前述的液態(tài)或者氣態(tài)的集熱介質(zhì))的流動(dòng)路徑，且電動(dòng)閥門5的開關(guān)狀態(tài)可以通過控制部根據(jù)設(shè)定溫度、環(huán)境溫度、風(fēng)速、太陽輻射強(qiáng)度、集熱液體流量和/或進(jìn)出流動(dòng)壓降等參數(shù)來決定，使得當(dāng)前的集熱環(huán)境下的整機(jī)的集熱效率能夠最大程度地迎合應(yīng)用場合的需求。根據(jù)不同的需要，通過調(diào)整電動(dòng)閥門5的開關(guān)狀態(tài)來調(diào)節(jié)進(jìn)入集熱器的集熱液體的流程，還可以通過流量控制閥9的開度來調(diào)整進(jìn)入集熱器的集熱液體的流量，從而能夠在最大程度上實(shí)現(xiàn)不同熱泵運(yùn)行要求的集熱溫度，從而滿足供熱需求。

以上結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行了詳細(xì)地說明，此處的附圖是用來提供對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步理解。顯然，以上所述僅為本發(fā)明較佳的具體實(shí)施方式，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何對(duì)本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說是可輕易想到的、實(shí)質(zhì)上沒有脫離本發(fā)明的變化或替換，也均包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。